Apparentemente invisibili. La chimica in ceramica.

Nel mondo della ceramica, gli additivi tenacizzanti svolgono un ruolo cruciale nel migliorare la coesione e la lavorabilità delle barbottine. Queste sostanze, spesso polimeriche, agiscono a livello chimico creando legami tra le particelle, aumentando la resistenza meccanica dell'impasto. Con questo episodio scopriamo cosa sono, come funzionano e perché sono indispensabili nei moderni processi ceramici.

La presente dissertazione parte dalla tesi di laurea del responsabile della ricerca presso Zschimmer & Schwarz Ceramco.Obiettivo di quanto esposto di seguito non è affrontare o approfondire il tema in sé (in questo caso il problema del ben noto cuore nero) ma fare luce sulla metodologia della ricerca e sul lavoro minuzioso e capillare che quotidianamente si svolge all'interno dei laboratori delle aziende chimiche che offrono prodotti e soluzioni all'industria produttiva ceramica. Si parte da una tesi di laurea e dunque dal mondo accademico ma, di fatto, l'attività dei tecnici di laboratorio poco si scosta dal metodo rigoroso qui illustrato.

In campo ceramico, si definisce top glaze lo smalto scaricato come ultima applicazione sul supporto ceramico ancora crudo.Esso può assolvere diverse funzioni ma in larga misura è da un lato utile a proteggere la decorazione sottostante e dall'altro a conferire alla superficie precise caratteristiche tecniche ed estetiche.L'episodio si concentra su questa tipologia di smalti indagando da vicino le funzioni e le caratteristiche reologiche (ma non solo) che la sospensione deve possedere in funzione della modalità applicativa e del materiale ceramico che si desidera produrre.

Dopo oltre cinquanta episodi dedicati a temi di comune interesse, sempre scortati dalle due nostre parole guida – chimica e produzione ceramica –, abbiamo deciso di giocare.Utilizzando poche e semplici domande abbiamo chiesto all'intelligenza artificiale di scrivere un breve testo sulla chimica, lasciando la libertà di decidere i temi da affrontare e cosa evidenziare. Il risultato è divertente e per certi versi grottesco. Vero, ma non sempre.Com'è noto, infatti, i Large Language Model (modelli su cui si basano le macchine in grado di comprendere e generare un testo) possono produrre resoconti verosimili, spesso veri, che tuttavia non mancano di contenere inesattezze o addirittura banalità.Attingendo anche dalla marea di materiale presente sul web, il margine d'errore è dietro l'angolo.È pertanto importante non dimenticare mai che si tratta di un esperimento e, lo sottolineiamo ancora una volta, di un divertissement. 

I materiali fondenti utilizzati in ceramica, spesso all'interno di smalti e colle digitali, sono in grado di ridurre la temperatura di fusione di una materia o un composto anticipando il processo di sinterizzazione.Tale azione, che si sviluppa mediante la rottura da parte di alcuni ioni della struttura molecolare del composto (nel nostro caso della silice), agisce su diversi fattori e di volta in volta va opportunamente calibrata così da conseguire il risultato desiderato.Tra le aree d'influenza ricordiamo la stesura della grangilia, l'effetto lucido od opaco della superfcie, l'interazione con i colori, il risparmio di energia.Come agiscono questi particolari materiali (come sodio, potassio, zinco, calcio, boro, etc) all'interno delle sospensioni a cui vengono aggiunti e come tale azione si riflette sul materiale ceramico finito?

La produttività industriale è uno dei parametri prioritari per ogni realtà produttiva, a prescindere dall'ambito d'azione. Anche in campo ceramico è necessario sottostare a regole e parametri che la enfatizzino evitando sprechi di qualsivoglia natura.Tuttavia, l'interruzione del processo (caso più estremo di tutte le casistiche) può essere promossa da numerosi fattori e concretizzarsi in diverse fasi o punti della linea.Anche il processo di stampa digitale e dunque anche tutti i micro-processi che si svolgono a ridosso (prima e dopo) della stampante, possono essere teatro di inconvenienti che talvolta, nei casi più estremi, conducono ad un fermo delle macchine.L'episodio affronta alcuni degli scenari critici più rappresentativi sul tema offrendo una fotografia sulle azioni preventive che possono essere mette in atto al fine di scongiurarli. 

L'acqua è una delle risorse naturali più utilizzate, se non la più utilizzata, in numerose applicazioni e in molteplici settori della produzione industriale.Le acque di processo, ad esempio, che sono alla base delle diverse fasi produttive e che ne consentono il corretto svolgimento.Non tutte le acque sono tuttavia uguali. In base alla loro provenienza possono essere contraddistinte da proprietà molto diverse che le possono rendere adeguate, o meno, ad un determinato processo.In linea generale, la qualità dell'acqua è in molte circostanze una pre-condizione necessaria e per questa ragione esistono diversi processi in grado di purificarla in modo efficiente e soprattutto sicuro.Uno dei più diffusi ed utilizzati è l'osmosi inversa.

Gli agenti sospensivanti appartengono ad una macro categoria di additivi il cui principale compito è di conferire alle sospensioni ceramiche (barbottine, smaltobbi, smalti o graniglie) una buona stabilità interna andando a contrastare eventuali fenomeni di sedimentazione.Disponibili sia in forma liquida che in forma solida, questi prodotti agiscono all'interno della sospensione assicurandone, per così dire, il giusto equilibrio.Diverse sono le leve su cui si può agire per mantenere correttamente in sospensione la fase solida della miscela.Tra queste, le più significative hanno a che fare con la viscosità, la repulsione elettrostatica e la concentrazione (rapporto solido/liquido).L'episodio, dopo aver passato in rassegna le proprietà degli agenti sospensivanti, si concentra su questi tre principali strumenti, sviscerando per ciascuno di essi ragioni e meccanismi.Il tutto tenendo in considerazione i sistemi applicativi con i quali le sospensioni vengono scaricate sul supporto ceramico: un dettaglio che può influire non poco sulla tipologia di sospensivante da utilizzare.

Gli agenti complessanti sono in grado di catturare i cationi multivalenti presenti in sospensione evitando che questi influenzino negativamente il processo ceramico.Sono in qualche modo i responsabili di uno dei principali meccanismi alla base del processo di de-flocculazione: la complessazione.Gli agenti complessanti (o chelanti) sono sostanze chimiche che si legano a particolari ioni (come calcio, magnesio, ferro, rame, etc.), formando complessi stabili.Questa proprietà permette loro di "sequestrare" i metalli, rendendoli meno reattivi o prevenendo la loro precipitazione in soluzioni.Queste le descrizioni sommarie, ed estremamente semplificate, che si potrebbe dare di questa particolare categoria di additivi.L'episodio affronta da più vicino i meccanismi messi in atto da queste sostanze all'interno del processo produttivo ceramico, mettendone in evidenza funzioni, vantaggi e, talvolta, rischi.

Il tema delle superfici non planari e che si sviluppano su più micro livelli, talvolta impropriamente identificato oggi con la dicitura superfici 3D, ricopre un ruolo determinante nel conferire alla superficie ceramica non solo una maggiore naturalezza ma più in generale anche una più ampia e vasta potenzialità espressiva. Un'esigenza non certo recente e che a tutti gli effetti ha mosso i primi passi già con l'ausilio delle tecnologie tradizionali ma che ha trovato un rinnovato vigore con l'avvento delle più recenti tecniche digitali.L'episodio propone una panoramica sulla principali metodologie ad oggi utilizzate per conseguire superfici a rilievo, entrando nel merito dei meccanismi di natura chimica che si sprigionano sulla superficie e che contribuiscono a produrre gli effetti desiderati.

Nell'episodio precedente (#45) si è parlato degli aspetti tecnici dei sistemi di stampa digitale in relazione ai laterizi ceramici.Questa seconda parte prende invece in esame il necessario lavoro preparatorio alla fase di stampa, andando a sviscerare i diversi passaggi sottesi alla preparazione di un file di stampa.A prescindere dal supporto sul quale poi si andrà a lavorare.Alcune parole chiave: illuminazione standardizzata, colorimetro, spettrofotometro, linearizzazione, chart....

Allo stato attuale, la decorazione nell'industria dei laterizi viene principalmente eseguita mediante l'applicazione di un engobbio, con l'ausilio di granuli sparsi sulla superficie o per mezzo di effetti di riduzione che si sviluppano in fase di cottura.Queste tecniche sono prevalentemente adatte alla produzione di prodotti tradizionali e per un mercato già esistente.Rispetto a questo scenario, qual è il valore aggiunto che in questo campo la stampa digitale può offrire?

Temperatura d'esercizio e produzione ceramicaLa temperatura d'esercizio è un importante parametro di cui i produttori ceramici devono tenere conto al fine di evitare problematiche di natura applicativa che possono impattare negativamente anche sulla qualità del manufatto finito.Tuttavia tale parametro non è sempre facile da gestire in modo corretto, soprattutto se si considera che può essere "vittima" di oscillazioni esterne non prevedibili a priori.Basti pensare, ad esempio, ai cambi di temperatura dovuti alla stagionalità. L'episodio affronta il tema in modo trasversale e con l'aiuto di esempi specifici, evidenziando i principali scenari e mettendo in luce le diverse leve su cui si può agire per gestire al meglio le anomalie che possono subentrare lungo le linee di produzione.

La stabilizzazione colloidale dei sistemi dispersi nei processi ceramici è essenziale per controllarne la reologia.Per ottenere questo, si utilizzano deflocculanti che riducono l'agglomerazione delle particelle contrastando le forze attrattive in sospensione.La scelta del deflocculante dipende dalla natura delle particelle solide e dal mezzo disperdente.È cruciale usare la concentrazione ottimale per massima stabilizzazione senza sovradeflocculare il sistema. Inoltre, alcuni sistemi richiedono l'aggiunta di leganti, che aumentano la viscosità attraverso la flocculazione, necessitando un controllo attento delle condizioni chimico-fisiche.

Gli studi di fluidificazione svolti dalle aziende che formulano e forniscono ausiliari chimici destinati alla produzione ceramica sono analisi spesso imprescindibili utili ad agevolare e a consentire il corretto svolgimento del processo produttivo.L'episodio offre una panoramica sul ruolo di questo importante strumento d'indagine entrando nel merito dei dati che è in grado di restituire e del funzionamento delle strumentazioni utilizzate per ottenerli.Si parla di giare, giaragiare, picnometri, granulometri laser, setacci, reometri e di come l'insieme di questi strumenti sia determinante nel fornire ai produttori ceramici le corrette informazioni per procedere senza intoppi lunga la linea produttiva.

Dopo avere affrontato l'impatto che la stagionalità può avere sulla fluidificazione degli impasti e sulle proliferazioni batteriche all'interno dei semilavorati, la seconda parte dell'episodio 41 prova ad indagare le conseguenze che i cambi di temperatura - talvolta repentini e sensibili - possono produrre sui tempi di evaporazione e drenaggio delle sospensioni ceramiche.Si tratta di alterazioni che costringono spesso a rivedere i parametri lungo la linea di produzione e che, se non attentamente gestite, possono mettere a rischio lo status quo della linea.Dopo aver fornito i soliti suggerimenti per gestire al meglio il problema, l'episodio si chiude con un focus dedicato alla solubilità dei tensiotattivi, anch'essa piuttosto suscettibile ai cambi di stagione e dunque di temperatura.

In ambito ceramico l'uso di additivi ricopre un ruolo determinante, se non imprescindibile, per conferire al prodotto finito alti risultati tecnico-estetici e per far sì che il processo produttivo si svolga con tutti i crismi.Talvolta, tuttavia, l'azione degli additivi può essere compromessa o resa meno efficace.Le cause in grado di modificarne le prestazioni sono molteplici e, tra queste, la stagionalità svolge una funzione di non poco conto.Attraverso una serie di esempi esplicativi, l'episodio prova a fare luce sugli accorgimenti da mettere in campo per evitare che la temperatura - che con tutta evidenza cambia durante i diversi periodi dell'anno - agisca come inibitore della performance.

Le sospensioni, siano esse di graniglia o di smalto, sono composte da una parte liquida - solitamente composta da acqua ed uno o più additivi reologici - e una componente solida dispersa al suo interno.Tuttavia, se si scende maggiormente in profondità e si analizzano da più vicino le caratteristiche di queste due categorie di sospensioni, ci si rende immediatamente conto delle loro differenze che, sul piano della componente solida, possono essere davvero sostanziali.Tali differenze possono condurre a risultati produttivi piuttosto diversi ed in ogni caso implicano un diverso tipo di approccio nella gestione di questi semilavorati, sia in fase di macinazione che lungo la linea di smalteria.Sotto questa prospettiva anche le caratterisitche degli additivi utilizzati devono tenere in considerazione la loro possibile duplice destinazione (e ad essa modularsi).Cosa occorre sapere sul tema?

L'occhiello è un difetto che si manifesta sotto forma di microscopico cratere e che compare sulla superficie del corpo ceramico sul quale è stata depositata una sospensione acquosa ancora in fase di asciugamento.Un problema di natura applicativa che comporta una non planarità della sospensione a seguito della presenza di uno o più avvallamenti.La criticità, visibile già lungo la linea di smalteria e non solo post cottura, può emergere per diverse ragioni: alcune di esse possono essere legate alla presenza di impurità all'interno delle materie prime ceramiche, altre - ad esempio - ad un uso improprio di agenti antischiuma.L'episodio prova ad offrire un elenco delle principali cause alla base del problema, evidenziando i meccanismi che si scatenano dietro alle quinte ed offrendo al contempo alcuni suggerimenti e/o avvertimenti per prevenirne o eliminarne la comparsa.

Le carbossimetilcellullose sono composti organici, polimeri idrosolubili derivati dalla cellulosa che trovano ampio impiego in diversi campi della produzione industriale.Anche in ceramica, le CMC di sodio ricoprono molteplici funzioni all'interno di sospensioni e soluzioni e possono essere connotate da proprietà di volta in volta molto diverse.Tra le diverse proprietà che le caratterizzano, le CMC sono contraddistinte da un potere spiccatamente adesivo e dalla capacità di agire sulla viscosità del sistema.Qual è il ruolo principale di questa sostanza all'interno del processo produttivo ceramico e cosa occorre fare per gestirla nel migliore dei modi?

La plasticità dell'impasto è un aspetto nodale all'interno processo produttivo ceramico.Un aspetto che impatta in modo sensibile sulle scelte che i produttori ceramici devono attuare in base ai valori che caratterizzano le argille da loro utilizzate.Argille che, unitamente alle altre materie prime miscelate con acqua, vanno a formare l'impasto. In linea generale, l'uso di argille caratterizzate da alti valori di plasticitià è solitamente sinonimo di una più semplice gestione dei processi.Tuttavia non sempre si hanno a disposizione argille alto performanti e, in ogni caso, occore tenere ben presente anche altri parametri produttivi e trovare un giusto equiibrio (o compromesso) per far sì che anche le fasi che seguono l'iniziale formatura del supporto ceramico si svolgano senza particolari criticità.Dopo una inziale definizione di questa sorprendente proprietà fisica, l'episodio offre una panoramica generale sul tema applicato al campo ceramico. Non solo in relazione alla produzione di piastrelle.

In ceramica, l'introduzione della tecnologia digitale (stampa a mezzo di inchiostro) ha certamente rivoluzionato il settore rendendo molto più flessibile il processo produttivo da un lato e ampliando in modo esponenziale le possibilità creative ed estetiche dall'altro.La straordinaria precisione con la quale l'inchiostro viene scaricato sul supporto per mezzo delle testine di stampa, infatti, consente di conseguire oggi risultati davvero straordinari.Tuttavia il tema "definizione di stampa" rimane un argomento da affrontare con grande attenzione, essendo essa soggetta a parametri e variabili che ne possono pregiudicare il risultato.Quali sono tali variabili?Quali meccanismi vi stanno dietro e cosa si può fare per evitare di compromettere una buona risoluzione?

Il SEM (Scanning Electron Microscope) è un sofisticato strumento utilizzato in diversi ambiti della ricerca scientifica che trova anche in ambito ceramico un suo importante impiego. L'uso di un fascio di elettroni al posto della luce permette di ottenere immagini con una risoluzione estremamente elevata ma, soprattutto, consente di ottenere informazioni dettagliate sulla composizione della materia oggetto di analisi. Si tratta di un livello così approfondito di informazioni che restituisce ai produttori soluzioni e direzioni chiare circa le azioni che si possono / devono intraprendere in concomitanza di problemi di natura produttiva. Come funziona lo strumento e quali sono, ad esempio, le sue principali funzioni a sostegno dell'industria ceramica?

Silicato di sodio: identikit.

Emissioni inquinanti ed emissioni odorigene sono ad oggi due temi sensibili, per certi versi spinosi, a cui i produttori ceramici guardano da tempo con non poca attenzione. Trattasi di una criticità che si sprigiona nella fase finale del ciclo produttivo ceramico, durante la cottura all'interno dei forni, ma la cui origine è da imputare a precedenti processi applicativi che per lo più si svolgono lungo la linea di smalteria.Per quanto il ventaglio delle casistiche non sia univoco, le emissioni sono imputabili in larga misura all'uso di colle ed inchiostri digitali che, per quantità d'utilizzo e per loro particolare chimismo, costituiscono a tutti gli effetti il cuore del problema.Cosa occorre sapere?

Tra le diverse problematiche che possono subentrare lungo la linea di smalteria, l'eccessiva schiumosità dello smalto è certamente tra le più frequenti ed insidiose. Il fenomeno si manifesta e risulta visibile sulla superficie dello smalto già in all'interno dei sistemi di agitazione e cioè dentro alle vasche di carico dei sistemi applicativi ma le conseguenze della sua presenza possono permanere anche a ciclo produttivo terminato con difetti ben visibili persino dopo la fase di cottura. Da un punto di vista chimico, cos'è la schiuma? Quali sono le ragioni della sua apparizione e cosa occorre sapere per evitare la sua formazione o eliminarla nel caso di fenomeni improvvisi?

Parlando di smalti ceramici, tra le varie anomalie che possono subentrare in fase applicativa, l'effetto televisore è certamente tra i più singolari.Esso consiste in una sorta di "migrazione preferenziale" dello smalto verso i bordi della piastrella che produce – in quelle zone specifiche – un inspessimento dello smalto. Il risultato estetico (o meglio, antiestetico) si concretizza con un rigonfiamento più o meno regolare che segue il perimetro del materiale ceramico, che ricorda lo schermo dei televisori a tubo catodico e che rimane visibile anche dopo il ciclo di cottura.Cos'è esattamente l'effetto televisore? Come si manifesta e a cosa è dovuto?Cosa occorre mettere in atto per evitare che esso si manifesti?

La viscosità (o coefficiente di attrito viscoso) è una grandezza che misura la tendenza di una sostanza – generalmente un fluido – a generare un attrito interno tra i propri strati. In altre parole definisce la resistenza di un fluido al proprio scorrimento.La viscosità della barbottina - la sospensione di materie prime inorganiche, acqua e fluidificanti che dopo essere stata trasformata in polvere atomizzata (grazie al processo di evaporazione che si sviluppa all'interno degli atomizzari) andrà a formare sotto il peso delle presse il corpo ceramico crudo - può essere talvolta oggetto di variazioni repentine.Nel caso in cui i valori di viscosità dovessero aumentare in modo sensibile, sino ad eccedere i parametri standard, si può assistere a vari ordini di problemi che possono comprometterne l'uso e/o forzare i produttori a ripetute interruzioni della linea di produzione.Quali sono i principali fattori che possono aumentare sensibilmente (e rapidamente) la viscosità del sistema e cosa occorre sapere per intervenire prontamente ed evitare gli scenari peggiori?

Le acque di processo utilizzate in ceramica, siano esse di rete o di pozzo, contengono di norma una percentuale variabile di batteri. Nessuna esclusa.Lo stesso vale per le materie prime inorganiche utilizzate nel processo di macinazione, necessario a creare la base dei semilavorati che verranno successivamente applicati lungo la linea di smalteria: fritte argille, feldspati, nefeline, etc. etc. I reparti di macinazione smalti ed engobbi, in cui si fa con tutta evidenza abbonante uso di acqua, possono pertanto diventare teatro di proliferazioni batteriche, talvolta piuttosto impattanti. L'attività dei microorganismi, ed in particolare dei batteri, è infatti in grado di depotenziare se non addirittura annullare l'azione degli additivi che hanno lo scopo di conferire alle sospesioni le giuste proprietà per poter essere correttamente processate in fase applicativa e di assicurare al prodotto ceramico finito precise caratteristiche tecniche ed estetiche.Sotto questo profilo, quali sono le principali conseguenze di una degradazione batterica?

L'industria ceramica si è esponenzialmente evoluta negli ultimi anni grazie alla progressiva digitalizzazione di alcuni importanti processi.In questa ottica, la stampa con inchiostri digitali ricopre certamente un ruolo di primaria importanza.Gli inchiostri digitali, per assicurare una valida performance in fase applicativa, devono essere contraddistinti da specifiche caratteristiche che spesso possono variare in base ai parametri della linea di produzione.Che cos'è un inchiostro digitale, da quali componenti è costituito e quali sono le sue principali proprietà di cui è bene essere a conoscenza?L'episodio prova dare semplici riposte a questi interrogativi proponendo un breve ma puntuale identikit di questa importante tipologia di prodotti.

Si definisce tensione superficiale la forza di coesione delle particelle presente sulla loro superficie esterna.In linea generale, per conseguire una corretta applicazione di smalto, è di norma fondamentale lavorare sulla sua tensione superficiale abbassandola, o comunque modificandola, sino a raggiungere il valore adeguato all'applicazione a cui si sta lavorando. Per fare questo, esistono categorie di additivi che, in base alla loro natura chimica o alla formulazione, possono agire fungendo, a solo titolo di esempio, da livellanti (nel caso di bagnanti o tensioattivi), inibitori di schiuma (nel caso di antischiuma) o compatibilizzanti (in concomitanza di fenomeni di idrorepellenza).Come agiscono queste categorie di additivi e, in termini più generali cosa occorre sapere sull'argomento?

Di norma, i sistemi di macinazione a umido sono strutturati in modo da performare al meglio quando le caratteristiche chimico-fisiche delle barbottine rimangono costanti, senza subire variazioni, per tutta la durata del processo.Più precisamente, il processo risulta ottimale quando i parametri fondamentali dell'atomizzato - granulometria, densità, viscosità e tissotropia - oscillano all'interno di intervalli molto ristretti.Le variabili in gioco sono tuttavia numerose e spesso si possono riscontrare – in fase produttiva – variazioni improvvise e allo stesso tempo significative delle proprietà reologiche della barbottina che vanno ad impattare negativamente sull'intero processo.Quali sono i principali fattori che possono influenzare, positivamente ma anche negativamente, la corretta reologia e cosa occorre sapere per prevenire ed evitare eventuali fluttuazioni preservando in questo modo il corretto assetto delle sospensioni?

L'episodio si focalizza su di una sostanza piuttosto controversa.La formaldeide, nonostante trovi ampio spazio in molti settori della produzione industriale, se utilizzata in alte percentuali può diventare un problema molto serio.In ceramica, occorre monitorarla con grande attenzione così da evitare impatti negativi sull'ambiente. Cosa occorre sapere sull'argomento?

La reologia è la scienza che si occupa del flusso e della velocità di deformazione della materia.È una branca della fisica che studia l'origine, la natura e le caratteristiche di deformazione di una materia sotto l'influenza di forze esterne, con particolare riguardo ai liquidi non newtoniani.Il suo obiettivo principale è definire le correlazioni tra cause (forze) ed effetti (deformazioni e flussi) identificando tutti i meccanismi che sono alla base del diverso comportamento reologico su scala microscopica e molecolare. L'episodio offre una panoramica sui più importanti comportamenti reologici in relazione alle sospensioni ceramiche: barbottine, sospensioni di smalti e graniglie, engobbi e inchiostri.Tutte queste sospensioni, infatti, per sviluppare una buona applicazione ed evitare importanti problemi lungo le linee di produzione, devono essere contraddistinte da adeguate caratteristiche reologiche. Quali?

L'episodio si concentra sui fenomeni di flocculazione che possono colpire gli impasti ceramici.Fenomeno che si manifesta con la progressiva aggregazione delle particelle solide e che spesso si sviluppa in seguito a fenomeni di attrazione di natura elettrostatica che interessano le micelle argillose in sospensione.Un processo che produce un significativo aumento della viscosità interna al sistema andando ad impattare negativamente sul corretto svolgimento del processo produttivo.L'episodio, oltre ad offrire un quadro generale sul tema “impasti per ceramica” si sofferma sulla funzione correttiva che alcune specifiche categorie di additivi sono in grado di promuovere, andando ad innescare un processo contrario – di deflocculazione – utile a rendere l'impasto ceramico nuovamente processabile all'interno della linea produttiva.Con particolare riferimento ai tre principali meccanismi alla base del processo di deflocculazione:Repulsione elettrostatica per scambio cationicoRepulsione stericaCoplessazione

Quando si parla di fenomeno dello spolvero ci si riferisce di norma ad uno smalto che manifesta un basso grado di coesione.Lo smalto, quando è connotato da dette proprietà si trova in uno stato che potremmo definire di fragilità e risulta facilmente rimovibile dalla superficie ceramica, specie se/quando sottoposto alle sollecitazioni di natura meccanica che si susseguono lungo le linee di produzione.Quali sono i meccanismi che si sviluppano all'interno dello smalto e quali invece gli interventi che si possono agire preventivamente per gestire al meglio il problema?

L'episodio si focalizza su di un tema apparentemente marginale ma di grande rilevanza se si considerano le sempre nuove destinazioni d'uso del materiale ceramico che è ormai a tutti gli effetti approdato al mondo dell'arredo e che, in diversi modi, può venire sempre più spesso a contatto con cibo e alimenti.Premesso che il materiale ceramico è in assoluto, e per sua stessa natura, uno tra i materiali più igienici e antisettici al mondo, è anche vero che i trattamenti protettivi superficiali che vengono realizzati dopo cottura (spesso a seguito di un processo di lappatura o levigatura) potrebbero rappresentare sotto questa prospettiva una criticità: i prodotti protettivi utilizzati e stesi sulla superficie ceramica mediante apposite attrezzature, diversamente dalla massa ceramica, non subiscono modifiche dopo trattamento e non vengono dunque trasformati dalle alte temperature che si sprigionano nei forni.Benchè, a tutti gli effetti, il tema delle emissioni nocive sia estremamente raro (sia da parte del vetro ceramico che da parte del trattamento) è comunque bene fare il punto e sviscerare il tema guardando da più vicino i meccanismi, non solo di natura chimica, che si sviluppano dietro alle quinte.

Con questo episodio si chiude la panoramica, iniziata nella puntata precedente, dedicata alle principali categorie di additivi utilizzate in ceramica e alla loro salutare funzione sul piano dell'impatto ambientale.La prospettiva utilizzata intende rovesciare - in modo consapevolmente provocatorio - la visione secondo la quale la chimica non può per sua natura promuovere benefici di natura ambientale.In ceramica, in realtà, se si osservassero al microscopio i meccanismi che sottendono alcuni passaggi cruciali del ciclo produttivo ci si accorgerebbe che l'uso di determinati additivi può indirizzare o evitare alcune scelte che potrebbero essere ben più impattanti sul territorio che ci circonda.La sfida che ci si propone è di spostare di qualche centrimetro l'angolo di visuale provando ad analizzare lo scenario con un diverso tipo di approccio senza dare nulla per scontato.

L'episodio intende rimettere a fuoco, da una prospettiva speciale e per certi versi provocatoria, il ruolo degli additivi utilizzati all'interno dell'intero ciclo produttivo ceramico: dalla macinazione delle argille che costituiscono la base dell'impasto ceramico fino al completamento dell'opera che si volge all'interno dei forni ceramici durante il ciclo di cottura.Il filtro utilizzato è quello dell'impatto ambientale e l'obiettivo è di scalfire il preconcetto che la parola chimica porta spesso con sé e che la rende di frequente sinonimo di inquinamento, contaminazione, infezione.Senza voler in alcun modo sminuire o negare l'uso talvolta scellerato che alcune realtà produttive fanno di tecnologia e prodotti pericolosi, è pur vero che questo termine – chimica - può anche essere letto lontano dai pregiudizi della chemofobia, la convinzione irrazionale secondo cui tutte le sostanze chimiche siano dannose e nocive.In ogni fase del processo produttivo, l'uso sapiente degli additivi può veicolare – per quanto contenute e misurate – alcune migliorie sul piano ambientale che non dovrebbero essere sottovalutate se non addirittura disconosciute.

Gli smalti ceramici, per quanto oggi vengano in larga misura applicati sul pezzo ceramico per mezzo di sistemi a spray (airless), in alcuni contesti sono invece ancora processati mediante sistemi a campana o a vela.Modalità meno diffuse e maggiormente legate al passato ma tuttavia ancora in uso.A diversa modalità applicativa corrispondono inevitabilmente differenti valutazioni sul piano della reologia.Lo smalto, in altri termini, deve essere contraddistinto da caratteristiche precise e di volta in volta differenti in funzione del sistema utilizzato lungo la linea di produzione.Il presente episodio si focalizza esattamente su queste differenze e sugli additivi che possono o devono essere utilizzati per conseguire le proprietà richieste.In chiusura, un breve focus sugli additivi sintetici molto utili a scongiurare la proliferazione di attacchi batterici all'interno degli smalti, prima e durante la fase applicativa.

La piena affermazione del sistema digitale a base acqua in campo ceramico, già in uso presso diversi altri settori della produzione industriale, è certamente uno dei temi più sfidanti su cui il comparto sta da anni facendo ricerca. Le difficoltà tecniche, riguardanti sia le macchine applicative che i prodotti stessi, sembrano essere sostanzialmente superate e i tempi sono oggi finalmente maturi per il progressivo e definitivo sdoganamento di una tecnologia che indubbiamente offre vantaggi che abbracciano sia aspetti di natura tecnico-estetica che ambientale.Dopo una breve introduzione sulla natura chimica e sulle principali caratteristiche delle colle a base acqua, l'episodio si concentra sui principali vantaggi promossi da questa importante tipologia di prodotti evidenziandone i meccanismi che ne sono alla base.

In campo ceramico, l'uso di colle digitali per l'applicazione di smalti e graniglie ha ormai quasi totalmente sostituito le precedenti tecniche applicative che prevedevano, in larga parte, l'uso di fissatori distribuiti e stesi sulla superficie ceramica per mezzo di sistemi a spray con cabine ad airless.Benché ogni colla interagisca con polveri e graniglie vetrose in modo diverso e distintivo, è possibile individuare due macro-categorie di riferimento: colle a base solvente (solventi apolari) e colle a base acqua (solventi polari).L'episodio si apre con una introduzione generale sulla natura chimica di questi prodotti per poi offrire in parallelo due importanti focus sul loro funzionamento e sui meccanismi d'azione che essi sprigionano sul supporto della piastrella cruda. Con similitudini e differenze.

Il cuore nero è una zona più o meno estesa di un colore che oscilla tra il marrone scuro e il nero (o anche bianco), riconoscibile in frattura nella parte più interna del pezzo ceramico.La sua presenza indica il più delle volte un'insufficiente ossidazione che tuttavia non costituisce un difetto tale da compromettere le funzionalità del prodotto ma che diventa un problema di natura estetica comunque non ammissibile, soprattutto in funzione delle sempre differenti e molteplici destinazioni d'uso del materiale ceramico.Le origini di questo particolare difetto possono essere diverse e, in base agli scenari produttivi, altrettanto differenti sono le azioni da mettere in campo per prevenirlo o contenerlo.L'episodio si focalizza esattamente su questo tema proponendo un viaggio che dall'affiormento del problema si conclude con un ventaglio di possibili soluzioni.

Dopo aver introdotto il tema nell'episodio precedente ed essere entrati nel dettaglio delle problematiche che possono emergere già prima che l'inchiostro venga scaricato dalle testine di stampa, questa puntata chiude l'argomento focalizzandosi sui fenomeni di repellenza che subentrano nel momento in cui una sospensione di smalto o granglia viene stesa a stampa digitale già avvenuta.La diversa natura chimica tra gli inchiostri a base solvente e tutte le sospensioni a base acquosa che si susseguono lungo la linea di smalteria è alla base del ben noto problema che si concretizza in un sostanziale fenomeno di incompatibilità tra le due applicazioni.Un po' come avviene quando si prova a mescolare olio con acqua.Cosa succede nello specifico e come si può intervenire per gestire al meglio il problema?

In ceramica, il passaggio dalla decorazione "a contatto" per mezzo di retini serigrafici (e rulli siliconici) alla decorazione digitale a getto di inchiostro ha certamente rivoluzionato il settore aprendo nuovi orizzonti e ampliando esponenzialmente le possibilità estetiche del materiale ceramico.Se da un lato la nuova tecnologia ha permesso di eliminare alcune problematiche legate al vecchio sistema applicativo, nuove criticità da monitorare, prevenire o risolvere si sono fatte strada lungo le linee produttive.Il nuovo scenario ha infatti costretto a porre una diversa attenzione alle applicazioni che avvengono sulla linea sia prima che dopo la fase che coinvolge la stampante digitale. In particolar modo, la diversa natura degli inchiostri utilizzati - che ad oggi sono ancora in larga misura a base solvente - rispetto a tutte le applicazioni a base acquosa (engobbi, smalti, graniglie, etc) che si susseguono lungo la linea di smalteria generano una sorta di incompatibilità (idrorepellenza) che rischia di compromettere il buon risultato di stampa.Allo stesso modo, lo smalto che dovrà ospitare su di sè la successiva applicazione di inchiostro, se non additivato in modo appropriato, potrebbe presentare problemi di eccessivo o insufficiente drenaggio se non addirittura fenomeni di assorbimento disomogeo dell'inchiostro.In tutti questi casi come occorre intervenire? Cosa sono e come si comportano i PRIMER di norma coinvolti in questo tipo di attività?

L'impasto ceramico destinato alla produzione di piastrelle, siano esse da pavimento o rivestimento è costituito in larga misura da materie prime inorganiche (argille, feldspati, sabbie, etc.), acque di macinazione e additivi chimici.Gli impasti, per poter essere gestiti al meglio nelle diverse fasi di lavorazione che dalla macinazione portano alla pressatura (o formatura), devono possedere caratteristiche ben precise così da agevolare i diversi passaggi senza il rischio di creare intoppi. Allo s tesso tempo, il materiale ceramico crudo (e dunque l'impasto) una volta pressato, deve a sua volta possedere determinate proprietà per arrivare incolume ai forni di cottura e sviluppare superfici ceramiche prive di difetti di natura estetica o tecnica.Per far sì che tutto questo avvenga l'uso di specifici additivi è d'obbligo.Quali sono le principali famiglie chiamate in causa? Che ruolo svolgono e quali meccanismi mettono in atto?

In ceramica, il processo di essicazione avviene per mezzo di essiccatoi all'interno dei quali le piastrelle crude sostano su supporti metallici (bilancelle a rulli) per un tempo prestabilito, sino a ridurre la presenza di umidità residua a valori prossimi allo 0%.Il progressivo riscaldamento al quale il corpo ceramico è sottoposto produce la migrazione delle molecole d'acqua con la conseguente loro fuoriuscita dal pezzo ceramico (evaporazione).Tale processo, tuttavia, può in alcuni casi non essere completamente omogeneo sull'intera superficie della piastrella. Più precisamente: le parti del corpo ceramico che poggiano sulle bilancelle possono presentare tempi e modi di evaporazione differenti rispetto alle zone della piastrella non esposte al contatto con le parti metalliche dell'essiccatoio.La diversa modalità, che si manifesta sia nella parte inferiore che in quella superiore della piastrella, in alcuni rari casi produce in corrispondenza delle bilancelle, delle bande/strisce longitudinali che possono rimanere visibili dopo il ciclo di essicazione.Quali sono le ragioni e i meccanismi alla base del problema e quali azioni preventive possono essere messe in campo per evitarlo?

Nell'episodio precedente, 11 A, dopo avere elencato attraverso una panoramica generale le categorie di additivi utilizzate all'interno degli smalti ceramici, siamo entrati nel dettaglio affrontando le famiglie coinvolte già nella fase preparatoria e dunque in fase di macinazione: sospensivanti e leganti. Dopo questo approfondimento ci siamo spinti verso la linea di smalteria dove abbiamo iniziato a vedere quali sono le categorie coinvolte in questo secondo step del ciclo produttivo.L'episodio 11 B costituisce dunque la seconda e ultima parte dedicata ad un tema a tutti gli effetti piuttosto vasto: stazioniamo dunque lungo la linea di smalteria per parlare di tensioattivi, bagnanti, antischiuma, sospensivanti e leganti da smalto. Cerchiamo di comprenderne il funzionamento e individuare i principali benefici che sono in grado di promuovere

L'applicazione di smalti lungo la linea di smalteria costituisce una delle fasi più delicate e complesse del processo produttivo ceramico. Per conseguire alti livelli di performance, lo smalto deve possedere precise caratteristiche reologiche che devono tenere conto delle specifiche condizioni applicative della linea produttiva a cui lo smalto è destinato. La giusta formulazione delle sospensioni di smalto è la pre-condizione necessaria ad una corretta prestazione applicativa e a un risultato finale privo di difetti sul piano tecnico-estetico. Quali sono e come funzionano le principali categorie di additivi utilizzate all'interno delle sospensioni e quali problematiche sono in grado di risolvere?

In ceramica, l'applicazione di graniglie vetrose è in larga misura un'applicazione a umido realizzata per mezzo di sistemi di sprayatura. Modalità che prevede l'utilizzo di sistemi acquosi all'interno dei quali la graniglia si trova in sospensione.In tempi recenti, al fianco di questo processo che rimane ad oggi preponderante, si sta facendo largo una diversa metodologia applicativa di graniglia - a secco – che non implica la preventiva stesura di colla mediante gli ormai consolidati sistemi digitali. Senza forzare la terminologia in uso, si potrebbe per certi versi parlare di “applicazione analogica di graniglie a secco”.In cosa consiste tale applicazione e quali caratteristiche deve possedere la graniglia per non compromettere il processo e ottenere risultati performanti in termini di prodotto finito?

In campo ceramico, gli smalti vengono di norma applicati sulle piastrelle crude lungo la linea di smalteria per mezzo di sistemi “analogici” di sprayatura.In tempi recenti si stanno affacciando sul mercato alcune nuove macchine che non sfruttano in tutto e per tutto la tecnologia digitale ma che non sono nemmeno assimilabili alle tradizionali tecniche analogiche.Come funzionano queste macchine e soprattutto quali caratteristiche, non solo reologiche, deve possedere lo smalto per essere applicato correttamente in base alla tipologia di applicazione e al tipo di prodotto ceramico che si vuole realizzare?